Catalisadores mesoporosos a base de nióbio modificados com níquel: um estudo sobre a atividade fotocatalítica e mecanismos de reação 

• Autor(a) principal: Iza Fonte Boa e Silva
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-AL5ULN
• topic: mecanismo de fotocatálise; fotocatálise heterogênea; corantes; Óxido de nióbio mesoporoso; níquel; Fotocatalise; Materiais porosos; Mecanismos de reação (Química); Química inorgânica; Compostos de nióbio; Catalisadores

Este trabalho foi baseado na síntese de um óxido de nióbio (V) com estrutura mesoporosa e área superficial relativamente alta para este tipo de material. A síntese foi realizada segundo o método EISA (Evaporation Induced Self-Assembly), seguido de calcinação. Ao material foram introduzidas modificações químicas com óxido de níquel (II). Assim, quatro materiais com diferentes porcentagens em mol de níquel na estrutura foram preparados ¿ sendo (i) 0, (ii) 1,0, (iii) 2,5 e (iv) 5,0 ¿ e caracterizados por técnicas como difração de raios-X, medidas de área superficial e porosidade, microscopia eletrônica de varredura, microanálise por espectroscopia de energia dispersiva, redução em temperatura programada, medidas de potencial zeta e espectroscopias Raman e por refletância difusa. A temperatura usada na calcinação final (400ºC) foi escolhida por manter a máxima área superficial nos materiais, embora sua estrutura seja predominantemente amorfa. O aumento na quantidade de níquel reduziu a área superficial dos materiais por fechar alguns mesoporos, porém não causou mudança estrutural significativa. Também não foi verificada grande alteração no bandgap (Eg) com a modificação, mostrando que os materiais foram predominantemente impregnados. O ponto de carga zero de todos os materiais parece estar em pH em torno de 3 ¿ 4. O aumento na quantidade de níquel, contudo, parece aumentar a redutibilidade das espécies Nb5+. Os materiais foram testados em alguns processos de oxidação avançados (POAs) para os corantes azul de metileno e índigo-carmim, as reações foram acompanhadas por absorção na região do UV-Vis e analisadas por ESI-MS. Os resultados mostram que a fotocatálise levou à descoloração de cerca de 80% e 100% de soluções 40 ppm de azul de metileno e índigo-carmim, respectivamente, em pH 5. O material contendo 1% em níquel se mostrou o mais promissor, com constante de velocidade aparente (kap) de 0,022 min-1 e tempo de meia-vida igual a 32 minutos, para a solução de índigo-carmim. Análises por ESI-MS comprovaram que os corantes estavam em processo de degradação. Apenas 50 minutos foram necessários para a descoloração de cerca de 65% de uma solução 300 ppm de azul de metileno e 20 minutos para 100% de uma solução 40 ppm de índigo-carmim por reações do tipo foto-Fenton. Os resultados de ESI-MS e estudo dos mecanismos das reações fotocatalíticas mostraram que o mecanismo clássico (indireto) parece ser o principal, sendo favorecido pela modificação com níquel. Os materiais se mostraram passíveis de ativação por fotossensibilização através de compostos capazes de se adsorver fortemente a eles, porém essas reações são mais lentas.